Calcolo della conduttività termica anisotropica per due materiali


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Ho lavorato con simulazioni di spegnimento del magnete SC. Il conduttore è realizzato in NbTi in un canale Cu con un rapporto 5: 1 di Cu: NbTi. Opera3d ha un programma di spegnimento con un esempio da cui ho iniziato a lavorare. In uno scenario di spegnimento che utilizza un solenoide ricavato dal conduttore sopra descritto, il calore si propaga a velocità diverse attraverso la maggior parte del solenoide. In questo caso, la conduzione del calore lungo il conduttore (azimutale) è più veloce. La propagazione assiale e radiale è molto più lenta, con il radiale che è il più lento.

La documentazione della documentazione di Opera ha la seguente descrizione relativa alla conduttività termica anisotropica:

Le proprietà di conduttività termica anisotropica non lineare sono definite da tre espressioni basate sulle funzioni Cu_Kappa (T), Bulk_Kappa_r (T) e Bulk_Kappa_z (T).

Per la conduttività termica azimutale del materiale sfuso, la conduttività del rame, Cu_Kappa (T), verrà ridimensionata dal fattore rame. Si presume che ciò sia significativamente superiore alla conducibilità di NbTi e domina la conduzione termica in questa direzione. Le proprietà in serie radialmente e assialmente devono essere prese direttamente dalle tabelle dei valori misurati. (Si noti che i dati utilizzati in questo esempio sono fittizi, ma con caratteristiche simili ai materiali reali) .

Pertanto, i valori utilizzati nell'esempio sono considerati presi da valori misurati.

La mia domanda è questa: posso creare le conduttività termiche radiali e assiali dalle conduttività termiche di NbTi e Cu insieme alle loro proporzioni nel conduttore?

Ecco cosa ho fatto finora nel cercare di trovare la risposta:

  1. Ricerche su Google. Ci sono molti articoli e pagine web che descrivono anisotropici . Ma tutte le informazioni che ho trovato presuppongono che tu conosca già i valori di .κκ
  2. Calcoli manuali. Ho realizzato il modello seguente e ho cercato di pensare al problema in termini di resistività termica, che ho quindi ipotizzato di poter trattare come resistenze elettriche, ovvero utilizzare regole per la resistenza parallela e in serie per calcolare la resistenza effettiva.

Cella dell'unità conduttore

C'è un altro pezzo in questo, tuttavia, e questo è l'isolamento. Intorno alla cella dell'unità è presente un isolamento in poliestere. Ha uno spessore di 0,27 mm e 0,25 mm i bordi che corrono rispettivamente nelle direzioni assiale e radiale.

Proverò a renderlo conto sommando i materiali nella loro rispettiva direzione, ciascuno scalato da un fattore di imballaggio.

Sembra un buon approccio? Ho già trascorso un po 'di tempo su questo e non ho idea se la risposta a quell'approccio assomiglierà al modello fisico.

Risposte:


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Non sei troppo lontano con il metodo dei resistori in parallelo e in serie.

La Regola delle miscele per la progettazione composita funziona allo stesso modo - trattando ciascuno dei carichi come molle parallele (quando caricate nella direzione delle fibre) o come molle in serie (quando caricate opposte alla direzione delle fibre ). (Vedi questa bella spiegazione se la spiegazione di Wikipedia sembra un po 'difficile).

Il risultato funziona per determinare un'ampia varietà di proprietà composite. Da Wikipedia:

(fkf+1fkm)1<kcomposite<fkf+(1f)km

può essere utilizzato per determinare i limiti sulla miscela. Avrei davvero eseguito l'analisi con entrambi i valori e avrei preso il caso più prudente.

Se ciò non funziona, utilizzo MIL HDBK 17-3F per l'analisi. Pagina 223 mostra l'equazione, che ha un limite inferiore leggermente più grande ponendo un'enfasi aggiuntiva sulla conduzione della fibra. L'isolamento può quindi essere aggiunto ai radiali, usando nuovamente la regola delle miscele (è una regola piuttosto utile).

Sfortunatamente, non posso aiutarti sui parametri di Opera3D.


Grazie Marco. La regola delle miscele era esattamente ciò di cui avevo bisogno. Il collegamento fornito con le illustrazioni è stato particolarmente utile. Questa regola era qualcosa che non vedevamo come parte del nostro curriculum EE.
Chris,
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